Разработка метода тепловой защиты элементов поверхности гиперзвуковых летательных аппаратов путём щелевого вдува газа - Дипломная работа

Тема дипломной работы: ”Разработка метода тепловой защиты элементов поверхности гиперзвуковых ЛА путем щелевого вдува газа»Температура внешней поверхности тела при отсутствии соответствующих средств тепловой защиты (ТЗ) может существенно превышать допустимую температуру, при которой еще сохраняются функциональные свойства материала поверхности тела, в частности - его прочности [3]. Несмотря на обилие способов ТЗ, они часто не удовлетворяют предъявляемым требованиям или налагают серьезные ограничения при экстремально высоких тепловых потоках в локальных областях поверхности ГЛА на размеры и форму элементов аппарата, высоту, скорость и продолжительность полета, требуют значительных затрат веса и объема для системы охлаждения. Решить указанные проблемы, преодолеть «тепловой барьер», можно с помощью активной тепловой защиты (АТЗ) путем принудительной подачи вещества (ППВ), находящегося внутри аппарата, через проницаемую стенку или устройство в пристеночный слой газа. Остальная часть теплового потока, проникшего к поверхности тела, при установившемся тепловом режиме расходуется на подогрев и фазовые превращения подаваемого на внешнюю поверхность вещества (включая теплоту испарения, если вещество внутри аппарата находится в жидком состоянии). Целью этапа было: модернизация моделей острого конуса и клина с различным вдувом газа на поверхность, оценка качества разработанных моделей, отладка методики измерений с помощью метода люминесцентных покрытий, настройка аппаратуры и отладка методики получения теневой картины обтекания модели, определение влияния вдува газа при постоянной высоте щели в ламинарный и турбулентный пограничный слой на распределения коэффициента теплоотдачи на поверхности модели. острый конус люминесцентный вдувВ данном исследовании система подачи газа использовалась для моделей острого конуса и острого клина. Ее основными элементами являются: баллон 16 емкостью около 40 литров, вентиль 14 для наполнения баллона, клапан сброса давления газа в атмосферу 13, быстродействующий пневматический клапан 8, с большим проходным сечением, позволяющий использовать газ при высоком давлении, быстродействующий электропневмоклапан 9 для управления пневматически клапаном 8. Перед началом эксперимента баллон 16 заполнялся воздухом из трассы высокого давления 15 (открывался клапан 14). Основной пневмоклапан 8 обеспечивал надежную работу системы подачи (исключал протечки) т.к. давление в трассе высокого давления 15 как минимум в 9 раз превышало давление в баллоне. По голосовой команде «Пуск», подаваемой оператором с пульта управления, включался клапан подачи охладителя в модель и одновременно уменьшалось (вплоть до разрыва диафрагм) давление между диафрагмами ударной трубы (3), рис.Осветитель и нож помещены в фокусах зеркально-менисковых объективов. Если в рабочей части трубы по всему сечению и по длине плотность воздуха постоянна, то изображение на экране будет освещено равномерно. При обдувании сверхзвуковым потоком модели, помещенной в рабочей части трубы, будут образовываться скачки уплотнения, появится градиент плотности воздуха. При прохождении через появившиеся в воздухе уплотнения вследствие изменения коэффициента преломления лучи света отклонятся от своего первоначального направления.Применительно к установке УТ-1М особенно привлекательны следующие свойства ЛПТ: 1) тонкое покрытие (толщиной несколько микрон), нанесенное на модель, находится в жидком состоянии и, благодаря малой теплоемкости покрытия, отличается высоким быстродействием; По приращению температуры поверхности, измеренному в выбранном интервале времени, определяют тепловой поток от газа к модели в каждой точке поверхности. Большое значение имеют теплофизические свойства материала (плотность, теплоемкость, теплопроводность), из которого изготовлена модель, поскольку тепловой поток определяется по степени нагрева модели. В ходе поисков материала для изготовления моделей, проводились измерения теплофизики различных материалов, и было обнаружено, что эпоксидная краска ЭП-140 с окисью титана в качестве пигмента, выпускающаяся в России, имеет теплофизику, близкую к материалу АГ-4. Столь малая разница в величинах позволяет изготовлять модели из АГ-4 и затем окрашивать их краской ЭП-140, причем толщина краски не будет влиять на результаты измерений, благодаря близости тепловой восприимчивости материалов.Существующая модель острого конуса А.734.00 была предназначена для исследования картины течения в АДТ УТ-1М . Изменение высоты щели в модели осуществлялось установкой проставочных шайб разной толщины.Передняя острая кромка щели находилась на расстоянии S = 72.7 мм вдоль образующей от носка модели длиною вдоль образующей L = 404 мм. Критическое сечение щели располагалось на радиусе rin = 6.5 мм от оси симметрии конуса, а высота щели в критическом сечении устанавливалась d*= 0.18, 0.36 и 0.72 мм. При одновременном изменении давления выдуваемого газа и высоты щели производилось варьирование скоростного напора на выходе из щели при постоянном расходе.

Содержание

Введение

1. Аэродинамическая труба УТ-1М

1.1 Система подачи газа к модели

2. Методы измерения теплообмена и структуры течения

2.1 Исследования структуры течения

2.2 Метод ЛПТ

3. Модель острого конуса

3.1 Техническое задание

3.2 Описание модели конуса

3.3 Визуализации течения

3.4 Результаты экспериментальных данных

4. Модель острого клина

4.1 Техническое задание

4.2 Описание модели острого клина

4.3 Визуализации течения острого клина

4.4 Численное моделирование обтекания клина со вдувом

4.5 Расчет полей давления и линий тока

5. Безопасность жизнедеятельности при проведении эксперимента

6. Экономическая часть

Выводы

Литература